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COMPOSICIÓN QUÍMICA, MORFOLOGÍA Y PROPIEDADES
TECNOLÓGICAS DE LOS ALMIDONES NATIVOS DE
ORIGEN ANDINO: UNA REVISIÓN SISTEMÁTICA
CHEMICAL COMPOSITION, MORPHOLOGY AND
TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF NATIVE STARCHES
OF ANDEAN ORIGIN: A SYSTEMATIC REVIEW
Mejía-Cabezas, Nora
1
; Zavala-Cuadrado, Alicia
1
;
Samaniego-Maigua, Iván
2
; Arguello-Hernández, Paola
1 *
Recibido: 15/08/2021 · Aceptado: 14/10/2021
RESUMEN
El almidón es el polisacárido alimenticio más importante,
entre las fuentes no convencionales de obtención se encuentran
los cultivos andinos. El objetivo del presente trabajo fue
describir los resultados obtenidos de estudios publicados
entre 2012 y 2021 sobre la composición química, morfología
y propiedades tecnológicas de almidón obtenido de cultivos
andinos (tubérculos, raíces y granos). Los artículos fueron
obtenidos de bases de datos digitales ScienceDirect, Wiley
Library Onine, Springer y Sicelo, utilizando palabras claves en
función del objetivo. Luego de aplicar los criterios de inclusión
y exclusión correspondientes, se trabajó con 10 artículos
que mostraron resultados en términos de porcentajes de
macronutrientes, mediciones de propiedades de gelatinización,
viscosidad, absorción de agua, solubilidad, hinchamiento,
sinéresis, y morfología de almidones obtenidos de tubérculos,
raíces y granos cultivados en la región de los Andes. Se obtuvo
información de 13 muestras de raíces y rizomas, 10 muestras
de tubérculos y 7 muestras de granos. Después de organizar
y discutir la información se concluye que el almidón nativo
extraído de cultivos andinos, presenta una amplia variación
en cuanto a la cantidad de amilosa y amilopectina, así como
en las formas y tamaño de los gránulos. La composición
química y morfología de los gránulos inuye en las propiedades
tecnológicas (gelatinización, de pasta, absorción de agua,
solubilidad e hinchamiento), estas características denen su
uso potencial.
Palabras clave: Almidón nativo, tubérculos, raíces, granos,
propiedades tecnológicas, composición química.
ABSTRACT
Starch is the most important food polysaccharide, and
Andean crops are one of the unconventional sources for its
production. The objective of this work was to describe the
results of studies published between 2012 and 2021 on the
chemical composition, morphology and functional properties
of starch obtained from Andean crops (tubers, roots, and
grains). The articles were obtained from ScienceDirect,
Wiley Library Online, Springer and Scielo digital databases,
using keywords depending on the objective. Aer applying
the corresponding inclusion and exclusion criteria, 10
articles that showed results in terms of percentages of
macronutrients, measurements of gelatinization properties,
viscosity, water absorption, solubility, swelling, syneresis,
and morphology of starches obtained from tubers, roots and
grains grown in the Andes region were chosen. Information
was obtained from 13 root and rhizome samples, 10 tuber
samples and 7 grain samples. With all the information
organized and discussed, the nal conclusion was that
native starch extracted from Andean crops presents a wide
variation in terms of the amount of amylose and amylopectin,
as well as in the shapes and size of the granules. The chemical
composition and morphology of the granules inuence the
functional properties (gelatinization, paste, water absorption,
solubility and swelling). These characteristics denes their
potential uses.
Keywords: native starch, tubers, roots, grains, functional
properties, chemical composition
1
Grupo de Investigación I.D.E.A., Facultad de Ciencias Pecuarias, Escuela Superior Politécnica de Chimbrazo, Riobamba, Ecuador
2
Dept.Nutrición y Calidad, Estación Experimental Santa Catalina, Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuatias, Quito, Ecuador
p_arguello@espoch.edu.ec
Artículo de Revisiónl
46
1. INTRODUCCIÓN
La Región Andina que incluye Colombia, Ecuador, Perú,
Bolivia, Chile, Argentina y parte de Venezuela es una región
físico-cultural. Estos países comparten características
ambientales debido a la ubicación de la cordillera de
Los Andes, una cadena de montañas de América del Sur
comprendida entre los 11° de latitud N y los 55° de latitud S
(FAO, 2014).
La zona montañosa Andina es fuente de una amplia
diversidad de especies vegetales que se adaptan a condiciones
ambientales no favorables. Las comunidades Precolombinas
ampliaron la distribución de estos cultivos por los Andes y
fueron adquirieron muchos nombres nativos y relevancia en
la alimentación de la época (Sáenz, 2019).
La gran diversidad genética de los cultivos andinos, hace
que también exista diversidad en su composición química en
atención a la parte de la planta que se utiliza como alimento
para el ser humano. Entre las partes comestibles de las
plantas andinas destacan los tubérculos, raíces y granos
(Hutagalung, 2007).
El almidón es el principal componente químico en
las raíces, tubérculos y cereales (Tako et al., 2014). Este
polisacárido, constituye la mayor fuente de energía para el
ser humano en todo el mundo y es producido como reserva
de las plantas (Berto, 2017; Lim, 2016). En dependencia de
sus propiedades tecnológicas, el almidón es utilizado en
diversas aplicaciones industriales como agente espesante,
estabilizante coloidal, gelicante, así como agente de relleno
y de retención de agua (Velásquez-Barreto & Velezmoro,
2018; Karakelle et al., 2020). Investigaciones realizadas en
los últimos años en torno a las características de almidones
obtenidos de cultivos andinos, considerados como fuentes
no convencionales de este polisacárido de reserva, se han
incrementado. Esta información resalta los potenciales usos
de estos rubros agrícolas a nivel industrial.
El objetivo de esta revisión, es describir los resultados
obtenidos de estudios publicados en el período comprendido
entre los años 2012 al 2021, sobre la composición química,
morfología y propiedades tecnológicas de almidón obtenido
de cultivos andinos (tubérculos, raíces y granos), con la
nalidad de orientar sus posibles aplicaciones industriales
(Jiménez & Sammán, 2014).
2. MATERIALES Y MÉTODOS
Fuentes de datos y estrategia de búsqueda
Las publicaciones cientícas se recopilaron de las bases
de datos: ScienceDirect, Wiley Library Online, Springer
y Scielo, utilizando las palabras clave: “andes”, “andino”,
“composición”, “propiedades” sumada la expresión “almidón
nativo”.
Criterio de selección y de exclusión
Los artículos se seleccionaron con base en el cumplimiento
de los siguientes criterios de inclusión: artículos en español
e inglés publicados en los últimos 10 años (2012-2021), que
presenten resultados cuantitativos referentes a composición
sicoquímica de almidones nativos de la Región Andina, sus
propiedades tecnológicas y morfología.
Se excluyeron artículos con información sobre almidones
modicados y almidones nativos de origen diferente a la
Región Andina.
3. RESULTADOS
De un total de 97 artículos encontrados, 10 cumplieron con
las condiciones establecidas en los criterios de inclusión. Se
excluyeron 87 artículos con base en los criterios indicados en
la metodología.
Los datos extraídos se organizaron en función del origen
del almidón y el lugar de toma de muestra, seguido de la
composición química, luego se presentan las propiedades
tecnológicas, en las que se incluyeron propiedades reológicas,
térmicas y de pasta. Esta información es presentada en tablas
divididas en atención a la parte de la planta de donde se ha
extraído el almidón: tubérculos, raíces y granos.
3.1. Origen del almidón
En la Tabla 1, se muestra la materia prima utilizada para la
obtención del almidón del cual los investigadores analizaron
la composición química y propiedades tecnológicas. Las
muestras estudiadas provienen de localidades ubicadas en
Perú (6), Argentina (3), Colombia (3), Bolivia (5) y Ecuador
(1). Los productos corresponden a tubérculos (oca, olluco,
papa, papalisa, mashua), rizomas (achira, arracacha) y raíces
(maca) y granos (quinoa, amaranto, canihua). Los autores
Castanha et al., 2018 ; Londoño-Restrepo et al., 2018; Cruz et
al., 2016 y Valdez-Arana et al., 2020 incluyeron en sus estudios
variedades cultivadas en el mismo lugar.
Mejía-Cabezas, N.; et al. / Reciena Num. 2, Año 1, Vol. 1 (2021): 45-57
47
Tabla 1. Origen del almidón, nombre cientíco y descripción
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Mejía-Cabezas, N.; et al. / Reciena Num. 2, Año 1, Vol. 1 (2021): 45-57
48
a. Composición química de almidones nativos
En las Tablas 2.1 y 2.2, se observa los datos reportados sobre
la composición química de almidones obtenidos de las fuentes
que se presentan en la Tabla 1. Los valores se colocaron como
fueron reportados en las publicaciones correspondientes,
media y desviación estándar o solamente como la media de
los datos.
Los macro componentes reportados incluyen humedad
(g*100g
-1
(BH)), proteína, grasa, bra y cenizas (g*100g
-
1
(BS)). Con base en estos valores se calculó el ELN (g*100g
-
1
(BS)) y cuando el componente bra no fue analizado en las
investigaciones se calculó el parámetro carbohidratos totales
(carbohidratos digeribles y no digeribles). Estos productos
fueron secados hasta alcanzar una humedad entre 6,29 y 14
(g*100g
-1
(BS). La masa seca está compuesta por proteína cruda
(0,11-1,18 g*100g-1(BS)); grasa cruda (0,002-0,95 g*100g
-1
(BS));
bra (valores no identicados NI con el método usado por los
autores hasta 1,55 g*100g
-1
(BS)); cenizas (0,1-2,32 g*100g
-1
(BS)).
La tabla incluye la cantidad de amilosa y amilopectina
(g*100g
-1
(BS)) presente en el almidón. La amilosa varía en
un rango de 12,71 – 92,30 (g*100g
-1
(BS), el complemento
corresponde a amilopectina. Considerando que el contenido
de fósforo en el almidón inuye sobre la claridad y la
viscosidad de las pastas de almidón y reduce la tasa de
gelatinización y retrogradación (Nadia, 2014), algunos
estudios han incluido la determinación de este mineral cuyos
valores se encuentran entre 0,140-0.82 en mg de P/100g de
almidón.
b. Propiedades tecnológicas y morfología
Las propiedades tecnológicas del almidón incluyen índice
de absorción de agua, poder de hinchamiento, solubilidad,
sinéresis, valores de viscosidad, gelatinización entre otras
(Liu et al., 2015). En esta revisión se presentan dichas
propiedades en términos de: absorción de agua, solubilidad,
poder de hinchamiento, sinéresis evaluada a temperatura de
refrigeración y congelación, pico de viscosidad, temperatura
de inicio, pico y n de gelatinización (Tablas 3.1, 3.2 y 3.3), no
todos los estudios midieron cada uno de dichos parámetros.
En cuanto a la morfología del almidón se presentan datos de
tamaño y forma del gránulo (Tablas 3.1, 3.2 y 3.3).
Los datos de absorción de agua varían entre 1,05 a 98 (g
de agua/ g de almidón), valores obtenidos al realizar el
ensayo usando temperaturas entre 25 y 90°C. Mientras que el
porcentaje de solubilidad varió entre 0,8 hasta 75, parámetro
medido a temperaturas entre 20 y 90°C. En cuanto al poder
de hinchamiento los datos reportados oscilan entre 2,98
y 260 (g/g) medidos en un rango de temperatura de 30°C y
80°C. El pico de viscosidad (cP) se encuentra en el rango de
831 y 28500, y la temperatura asociada a este parámetro fue
de 20 y 114°C. La gelatinización se reporta en función de la
temperatura de inicio To (49.8°C-65.6°C), temperatura de pico
Tp (48.7°C-68.84°C), temperatura nal Tf (53.5°C-77.54°C), se
complementa con la variación de la entalpía (2.1-18.6 J/g).
Finalmente, la forma del granulo de almidón ha sido
descrita usando los términos: ovoide, oval elíptica, poligonal
redondeada, poliédrica, cilíndrica regular/irregular, irregular
alargada, esférica. El tamaño del gránulo es reportado en
función del diámetro, o del largo y ancho en µm.
Mejía-Cabezas, N.; et al. / Reciena Num. 2, Año 1, Vol. 1 (2021): 45-57
49
Tabla 2.1. Composición química del almidón de rizomas y raíces
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Mejía-Cabezas, N.; et al. / Reciena Num. 2, Año 1, Vol. 1 (2021): 45-57
50
Tabla 2.2. Composición química de tubérculos y granos
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Mejía-Cabezas, N.; et al. / Reciena Num. 2, Año 1, Vol. 1 (2021): 45-57
51
Tabla 3.1 Propiedades tecnológicas y morfológicas del almidón nativo de rizomas
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Mejía-Cabezas, N.; et al. / Reciena Num. 2, Año 1, Vol. 1 (2021): 45-57
52
Tabla 3.2. piedades tecnológicas y morfológicas del almidón nativo de tubérculos y raíces
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Mejía-Cabezas, N.; et al. / Reciena Num. 2, Año 1, Vol. 1 (2021): 45-57
53
Tabla 3.3. Propiedades tecnológicas y morfológicas del almidón nativo de granos
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Mejía-Cabezas, N.; et al. / Reciena Num. 2, Año 1, Vol. 1 (2021): 45-57
54
fósforo en el almidón de este tubérculo pareció ser un factor
importante que afecta las propiedades reológicas, térmicas,
estructurales y nutricionales de este almidón y del gel de
almidón.
El almidón consta de una gran cantidad de dos polímeros
de glucosa (amilosa y amilopectina. La amilosa contiene
moléculas lineales, mientras que la amilopectina tiene
una estructura muy ramicada (Karakelle et al., 2020). La
amilosa interactúa con el yodo, los alcoholes orgánicos y los
ácidos grasos. Los complejos formados suelen denominarse
complejos de inclusión helicoidales. E complejo formado con
los lípidos se denomina complejo amilosa-lípido (Joye, 2018),
este tiende a reprimir el hinchamiento y la solubilización de
los gránulos de almidón. por esta Para romper la estructura
amilosa-lípido y solubilizar la fracción de amilosa es necesario
mayor temperatura (>125 °C) (Montoya et al., 2014)
La comparación entre la amilosa y la amilopectina
inuye en gran medida en las propiedades funcionales,
sicoquímicas y adhesivas del almidón (Subroto et al., 2020).
En el estudio realizado por (Mathobo et al., 2021) encontraron
valores de amilosa entre 19 y 49,28%, mientras que en los
almidones nativos andinos (Tabla 2.1 y 2.2) se observan
valores desde 12,7% en quinua variedad Pasankalla hasta
50.6% en oca.
En cuanto a los parámetros presentados en la Tablas 3.1,
3.2 y 3.3, se observan gran variación entre cada fuente de
almidón. Las variaciones en las propiedades funcionales del
almidón podrían ser causadas por diferentes factores, tales
como el tamaño del gránulo de almidón contenido de fósforo
y de amilosa el complejo amilosa-lípido y la estructura de la
amilopectina (Vargas et al., 2016).
La absorción de agua, el volumen de agua que puede ser
absorbida por gramo de material seco en presencia de un
exceso de agua; la solubilidad, indican la cantidad de almidón
seco disuelto en agua; y el poder de hinchamiento, el grado
de hinchamiento de los gránulos de almidón cuando son
sometidos a calentamiento durante la cocción (Contreras-
Pérez et al., 2018). Los valores reportados para los cultivos
andinos considerados en este estudio varían notablemente.
(Valcárcel-Yamani et al., 2013) obtuvieron 98 g agua/g
almidón en almidones de olluco, oca y mashua, en contraste
con (Contreras-Jiménez et al., 2019) y (Valdez-Arana et al.,
2020) que en almidón de quinua determinaron valores de
1,05-2,35g de agua/g de almidón. Resulta importante indicar
la temperatura a la cual fueron realizados los ensayos, los
valores más altos fueron obtenidos a 90°C, y los otros entre
25 y 30°C. El mismo comportamiento tienen los datos de
solubilidad y de poder de hinchamiento.
La sinéresis es la expulsión del agua, contenida en los geles
como consecuencia de la reorganización de las moléculas de
almidón, está puede ser evaluación a temperatura ambiente,
de refrigeración y /o congelación (Granados et al., 2014).
4. DISCUSIÓN
La cantidad de agua que contiene el almidón está en
dependencia del proceso de secado, el mismo que se describe
en cada fuente bibliográca. La pureza de extracción
(cantidad de almidón), será mayor mientras exista menor
cantidad de proteína, grasa, bra y cenizas en el producto
extraído. Los datos de las Tablas 2.1 y 2.2. al ser presentados
en base seca permiten la comparación de los valores de cada
macro componente entre las diferentes fuentes de almidón.
Con base en esto, únicamente del trabajo realizado por
(Valdez-Arana et al., 2020), se puede indicar que la pureza
obtenida está entre el 94,84 y 95,81%, de las otras fuentes, no
es posible denir el parámetro de pureza, debido a que no
presentan información de la cantidad de macro componentes
en el producto. En los casos que no se reportaron resultados
del contenido de bra, se calculó la cantidad de carbohidratos
totales. Los valores superan en todos los casos el 99%, sin
embargo, no puede ser leído como pureza.
La forma o método de aislamiento del almidón puede inuir
en su rendimiento y pureza (Mathobo et al., 2021). La pureza
puede afectar las propiedades tecnológicas incluyendo las
propiedades reológicas (Julianti et al., 2020; Bernardo et al.,
2018). No existe una norma técnica de requisitos que indiquen
los contenidos máximos de macro componentes del almidón
(excepto el agua), en ninguno de los países de la Región
Andina. La norma mexicana NMX-F-382-1986 (Secretaria de
Comercio y Fomento Industrial, 1986) para almidón o fécula
de maíz, establece el valor máximo de humedad en 13% y de
proteína en 0,8% en base seca. Considerando esta referencia
el almidón de Papa (Solanum tuberosum ssp. Andigenum)
variedades Imilla y rosadita superan este límite. El contenido
de proteína puede inuir en la viscosidad del almidón, lo cual
le conferirle una capacidad espumante (Vargas et al., 2016). En
el trabajo desarrollado por Mathobo et al. (2021) la cantidad de
proteína de almidones nativos de diferentes fuentes botánicas
va desde 0,02 en frijol mungo (Vigna radiata L) hasta 2,3% en
sorgo. En cuanto a grasa cruda Mathobo et al., (2021) observó
un valor máximo de 0.80% en el este trabajo se presentan
los valores 0,93% y 0,95% reportados por Valdez-Arana et al.,
(2020) (Tabla 2.2) para quinua (Chenopodium quinoa) variedad
Rosada de Huancayo y Pasankalla.
Los resultados reportados por los autores citados en esta
revisión demostraron que existe variación en los contenidos
de nutrientes como las proteínas, grasa, bra y cenizas en
los almidones extraídos de los tubérculos, raíces, rizomas y
granos; estas diferencias en la composición química de los
almidones pueden atribuirse a diversos factores como; el tipo
de cultivo, el procedimiento de estimación y las condiciones
ambientales (Ashogbon, 2014).
Las variaciones en las propiedades tecnológicas del almidón
también podrían ser causadas por el contenido de fósforo y
de amilosa (Nadia, 2014). Lu et al., (2012) en su estudio con
almidón de papa, llegaron a la conclusión que el contenido de
Mejía-Cabezas, N.; et al. / Reciena Num. 2, Año 1, Vol. 1 (2021): 45-57
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Únicamente los autores Valcárcel-Yamani et al., (2013) y
Quezada-Correa et al., (2021) analizaron este parámetro en
los almidones de mashua, oca, olluco y achira. Los resultados
fueron negativos a temperatura de refrigeración durante 30
días para el almidón de achira y durante 5 días para el almidón
de mashua, olluco y oca, sin embargo, a temperaturas de
congelación a los 5 días presentaron sinéresis arriba del 67%.
Entre las importantes características tecnológicas del
almidón, se encuentran las propiedades de pasta. Cuando
una suspensión acuosa de almidón se calienta por encima
de una temperatura crítica, los gránulos se hinchan
irreversiblemente y la amilosa se ltra a la fase acuosa,
resultando en un aumento de la viscosidad (pasta) (Tsakama
et al., 2010).
En las Tablas 3.1, 3.2 y 3.3. se observa los valores del pico de
viscosidad y la temperatura a la cual se produjo este valor. Un
pico de viscosidad mayor reeja la facilidad de los gránulos
para hincharse libremente antes de romperse. El almidón de
amaranto (Fuentes et al., 2019), papa variedad rosadita (Cruz
et al., 2016), oca (Cruz et al., 2016) y maca (Fuentes et al., 2019),
alcanzaron el pico de viscosidad a temperaturas menores a
40°C, mientras que el almidón de olluco (Valcárcel-Yamani et
al., 2013) y el de quinua variedad Pasankalla (Valdez-Arana et
al., 2020) superaron los 99°C.
El gránulo de almidón crudo no es digerible por el
organismo humano siendo necesario transformarlo, entre
los procesos que usan calor-humedad está la gelatinización
(Pineda-Gómez, et al., (2010). La gelatinización del almidón
es la alteración del orden molecular dentro del gránulo de
almidón, la temperatura de gelatinización cambia para cada
tipo de almidón (Palanisamy et al., 2020). Este proceso es
endotérmico, requiere aproximadamente 10 J/g de almidón
para efectuarlo, esto con base en ensayos de calorimetría
diferencial de barrido (Martínez et al., 2016). La entalpía
determinada en los estudios incluidos en este trabajo,
presentan valores diferentes en dependencia de la fuente
de almidón, incluso comparando entre datos de almidones
provenientes del miso origen. Según Pineda-Gómez et al.,
(2010) factores externos a gránulo de almidón también inciden
en la temperatura de gelatinización, entre estos factores están:
velocidad de calentamiento, cantidad de humedad, daño
mecánico de los gránulos, la historia térmica de la muestra,
condiciones de extracción del almidón. Como ejemplo, en el
caso de la oca, la entalpía varía signicativamente, Valcárcel-
Yamani et al., (2013) reporta un valor de 9,66 (J/g), Puelles-
Román et al., (2021) muestra un valor de 14,53 (J/g) y Cruz et
al., (2016) un valor de 17.7 (J/g).
Finalmente, la morfología, el tamaño y las propiedades
superciales de los gránulos desempeñan un papel
importante en la utilización alimentaria e industrial de los
almidones (Alcázar-Alay & Meireles, 2015). Mathobo et al.,
(2021) indican que los gránulos de almidón comprenden
anillos amorfos y semi cristalinos alternos, en su trabajo
se observa que los almidones de cereales, leguminosas y
tubérculos varían en sus características granulares de forma,
tamaño y distribución, reportan diferencias de tamaño de los
gránulos de almidón (1–100 um de diámetro), forma (redonda,
lenticular, poligonal), esto coincide con las formas de los
gránulos de almidón de cultivos andinos.
En el trabajo de Seetharaman et al., (2001) titulado
caracterización térmica y funcional de almidón de maíz
argentino, encontraron una alta correlación entre las
propiedades tecnológicas del almidón y el tamaño y
distribución del gránulo. En cuanto al tamaño, el máximo
diámetro que se reporta en la presente revisión es de 70um,
en almidón de quinua (Contreras-Jiménez et al., 2019).
5. CONCLUSIONES
El almidón nativo extraído de cultivos andinos presenta
una amplia variación en cuanto a la cantidad de amilosa
y amilopectina, así como en las formas y tamaño de
los gránulos. Esta diversidad no solamente se presenta
entre diferentes fuentes botánicas sino también entre
almidones aislados de la misma materia prima, pero de
diferente variedad. La composición química y morfología
de los gránulos inuye en las propiedades tecnológicas
(gelatinización, de pasta, absorción de agua, solubilidad e
hinchamiento), estas características denen su uso potencial.
Declaración de interés
Ninguna.
Contribuciones de autor
Todos los autores contribuyeron por igual en el presente
trabajo.
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